探究标准化的智能电网提升电网安全

曹景雷 万基磊 刁龙涛

引言

2009年5月，国家电网公司在“2009年特高输电技术国际会议”上正式提出“坚强智能电网”的发展战略;2009年8月，系列与“坚强智能电网”战略相关的工作由国家电网公司启动;2010年3月，温家宝总理在全国“两会”上强调加强智能电网的建设。由此表明，智能电网现已发展为国家的重要发展战略。截止2014年年底，智能电网标准化工作已纳入国家规划，且风电并网标准化工作、智能电网综合标准化试点工作进展顺利。依此研究背景，本文就标准化智能电网进行探究，以期维护电网的安全性。

一、智能电网

当前，除美国以外的多数国家对智能电网的研究尚处在起步阶段，且不同国家对智能电网的研究侧重点有所不同。美国EPRI制定的智能电网解决方案包含下列三层含义：采用传感器与设备、资产连接的方式实时监控关键性设备的运行状况;通过网络系统收集与整合获取到的数据;通过分析与挖掘数据来实现对电力系统进行优化管理。智能电网的原动力直接影响着智能电网的实现，具体表现在下列方面：（一）实现电力系统运行的安全稳定性，以降低规模性停电的风险性，从而提升电力设备的利用率;（二）分布式发电具有扩大能源选择、减少排放量、提高可靠性及降低成本的优点。当电网中集成有大量的分布式电源时，多数电源便可直接接入不同级配的电网中，此时电网由上至下便形成支路上潮流双向流动的电力交换系统，从而为处理大量分布式电源及分布式电源发电的间歇性提供解决办法，以保障电网运行的安全可靠性。（三）根据年峰荷来对电力设施进行规划与制造，可实现供求平衡，但系统在峰符合附近的停留时间相当短，因此电力资产的利用率得不到保障。为此，应减小负荷曲线的峰谷差，但在现实系统中，大量的可平移负荷均能与电网友好合作，因此急需开发高级配的电市场，即采取电力企业与终端用户互动的方式来实现弹性值更高的负荷需求特性，以实现资产管理与利用的优化及为终端用户提供更多的选择。

依此可知，智能电网具有数字化程度高、以开放的信息标准为基础创建数字整合体系及分析与协调能力强的特征。

二、标准化的智能电网提升电网安全

（一）智能电网的关键技术

1.IECSA（集成的能源与通信系统架构），此乃智能电网的核心部分，具体用来回答下列问题：电力系统能否适应数字化社会的要求;电力系统如何建立完整的开放技术框架来适应高级电力自动化的要求;采用何种方式来适应系统中不同干系人的要求。

2.FSM（快速系统仿真），此乃智能电网的核心，以分析智能电网的运行状态，由此为决策提供参考依据，详见图2-1。

图2-1 FSM的功能图

如图2-1所示的各项功能需由标准的模型及相关的工具来支持，详见表2-1。

表2-1 FSM的核心工具

3.DER/ADA（分布式能量资源/配网高级自动化）。配网高级自动化对实现电网与分布式电源的并联运行具有重要作用，从而提高各种能源的利用率。DER/ADA具有下列作用：用户自行控制可避免发生规模性的停电事件;在发生意外灾害时可继续供电及可参与调峰，以保障电网的安全稳定性;分布式发电过程输配电的损耗量较低或无损耗;运行的系统少及启停快速，以便实现全自动。

4.Consumer Portal（用电设备用户）。Consumer Portal具有下列功能：实现用户需求响应与实时电价计算、远程开电与断电、停运检测及电能质量监控等。用户设备用户包含各种用电性质的用户，且不同的用户允许拥有不同的前端设备。OpenAMI是用户设备用户实现最为重要的标准。

（二）采用集成的通信架构自愈合电力系统

在传统的电力系统中，终端用户、配电、输电及发电均具备独立的通信系统，因此在发生故障时无法实现相互通信。智能电网能与用电设备用户实现即时交流，以掌握用电设备的运行状况，同时利用DER/ADA来调节能量资源及利用IECSA来实现无缝通信，最后再利用各级资源来自愈合电力系统。智能电网就未来所虚构的现实场景描述的是如何操作完整的智能电网系统、如何应用智能电网架构，同时以通信与协作为手段来提升电网的运行安全与效率，以实现智能电网架构对系列业务难题的支持。总体而言，智能电网的实现对电力系统的协同工作及以最佳操作方法来提升电网安全具有重要作用。此外，电力系统未来的操作要求与智能电网架构所定义的技术方法、基本需求相符。

（三）开放的信息化标准

智能电网的运行要求采用开放的系统及共享的信息模式，此乃实现智能电网所需的必要条件。开放的系统可兼容品牌不同的体系及产品，以使电力企业体系形成开放的平台，以便利用网络将企业所需的数据、信息向社会公开，同时客户亦可利用此总线来了解企业的基本情况;合作伙伴亦可利用此网络来整合双方的信息，以使合作双方之间的联系更为紧密。就智能电网来讲，利用开放性体系可实现各种信息的共享及最终实现智能电网。智能电网的整体结构所采用的标准各不相同，此乃搭建整体系统架构的必要条件。但需注意的是，就现有的标准来讲，需要在现有的标准上进行推进，以集成未来的信息通信。例如，GIM与IEC 61850：IEC 61968与61970公共信息模型CIM对整个电网做了界定;IEC 61850-7对象模型对站内设备及功能做了界定，而IEC能将上述两个模型合并起来或将上述两个模型定义为标准的映射，以便在两个系统（实现不同数据模型）之间实现数据的交换及采用配置工具来实现SCADA与EMS系统之间信息的共享。

三、结语

国内现有的数字化电网概念多用来定义电网中实时数据的采集与监控，且难以提升实时电网的安全性，但基于EPRI的智能电网能为提升电网安全提供明确的路径及方法。智能电网提供了标准化的通信框架，且所有板块均以开放标准的方式来建设智能电网，此乃智能电网的核心过程。总之，基于标准化技术的集成平台及基于标准化通信技术的电力设备能使信息技术网與电网统一起来，从而建成安全性及可靠性更高的实时电网。